JP6261566B2 - 立体撮像光学系、立体撮像装置及び内視鏡 - Google Patents

Description

本発明にかかる一実施形態は、視差のある映像を撮像する立体撮像光学系及び立体撮像装置及び内視鏡に関する。

従来、立体視用に視差の異なる２つの画像を撮像する立体撮像光学系は、２つの撮像光学系を並列に配置したものが一般的であった（特許文献１参照）。また、拡大して観察する顕微鏡用光学系として、物体側に単一の中心軸を有する光学系を配置した立体撮像光学系が開示されている（特許文献２参照）。さらに、双眼実体顕微鏡用の立体撮像光学系が開示されている（特許文献３参照）。

特開２０１２−１１３２８１号公報 特開平６−１７５０３３号公報 特開２０１１−７０１１９号公報

特許文献１乃至３に記載された技術は、いずれも画角が狭く、小型な光学系ではない。

本発明は、小型で観察画角の広い立体像を得ることが可能な立体撮像光学系、立体撮像装置及び内視鏡を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系は、
物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口と、を有し、第１中心軸に対して回転対称な第１光学系と、
前記第１中心軸に平行な第２中心軸に対して回転対称であって、前記第１光学系と同一構成で並列に配置される第２光学系と、
前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系と、
を備え、
前記可変光学系は、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子を有する
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
前記第１光学系及び前記第２光学系について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させる。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
透過面を有し、
前記第１光学系及び前記第２光学系に等しい屈折作用を与える。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズを有する前群と、開口と、後群と、を有し、
前記可変光学系は、前記前群よりも像面側に配置される。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、前記前群と前記後群の間に配置される。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、前記後群よりも像面側に配置される。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、単一の回転中心軸の周りに回転可能である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、前記回転中心軸を対称軸とする回転対称な形状である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
第１面部と、
前記第１面部と同一構成で前記第１面部に対して前記回転中心軸を中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部と、
を少なくとも１組有する。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ、少なくとも、
前記回転中心軸に直交する平面からなる第１平面部と、
前記回転中心軸に直交する平面からなり、前記第１平面部とは前記回転中心軸方向の厚さが異なる前記第２平面部と、
を有する。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなる。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなる。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記円の周方向に連続して前記回転中心軸に対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなる。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、
部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有する。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記曲面は、自由曲面である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学素子は、中心軸方向に移動可能な少なくとも１つの正又は負のレンズを有する。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正と負の２枚のレンズからなり、
前記正と負の２枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の中間に光学系中心軸が配置され、
前記光学系中心軸に対して回転対称な正又は負の１枚のレンズからなり、
前記正又は負の１枚のレンズは、前記光学系中心軸方向に移動可能な前記可変光学素子である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記第１中心軸と前記第２中心軸の間隔は、１０ｍｍ以下である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
物体側観察画角が６０°以上である。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の光学系全体の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する。
１０ ＜ ｜ｆｂ／ｆ｜ （２）

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の光学系全体の焦点距離をｆb、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（２）を満足する。
５０ ＜ ｜ｆｂ／ｆ｜ （２’）

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、
前記可変光学系は、後群の単一の中心軸を有する正と負又はどちらか一方の可変光学素子の移動量をｄｖ、光学系全体の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（３）を満足する。
０．３ ＜ ｄｖ／ｆ （３）

本発明の一実施形態である立体撮像装置は、
前記立体撮像光学系と、
前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、
を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態である内視鏡は、
前記立体撮像装置を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系、立体撮像装置、及び内視鏡によれば、小型で観察画角の広い立体像を得ることが可能となる。

本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の光学系中心軸Ｃに沿ってとった断面図である。 可変光学系Ｇｖが前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置される一実施形態の立体撮像光学系１を示す図である。 平面部を有する可変光学素子３の一例を示す図である。 図３に示した可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。 他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。 他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。 傾斜面を有する可変光学素子４の一例を示す図である。 螺旋面を有する可変光学素子５の一例を示す図である。 第１面部５ａ及び第２面部５ｂが段部５ａ’，５ｂ’を有する可変光学素子５の一例を示す図である。 放射方向傾斜面６を有する可変光学素子６の一例を示す図である。 図１０に示した可変光学素子６をＸ軸方向から見た図である。 図１０に示した可変光学素子６をＹ軸方向から見た図である。 補正光学素子６０を用いた可変光学系Ｇｖを示す図である。 自由曲面７を有する可変光学素子７の一例を示す図である。 少なくとも１つの光学素子８１が中心軸方向に移動可能な可変光学系Ｇｖの一例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の焦点距離ｆを説明する図である。 実施例１の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。 実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。 実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。 実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。 実施例１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例２の立体撮像光学系１の像の移動を示す図である。 実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７の自由曲面形状を示す図である。 実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例６の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例６の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例６の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例６の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例６の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例６の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例７の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例７の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例７の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例７の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例７の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例７の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例８の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例８の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例８の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例８の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例８の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例８の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例９の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例９の可変光学素子９の物体側の面の概念図である。 実施例９の可変光学素子９の像面側の面の概念図である。 実施例９の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例９の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例９の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例９の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例９の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例１０の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例１０の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。 実施例１０の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例１０の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。 実施例１０の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例１０の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例１１の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。 実施例１１の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例１１の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。 実施例１１の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例１１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例１２の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。 実施例１２の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例１２の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。 実施例１２の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例１２の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例１３の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを示す。 実施例１３の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。 実施例１３の立体撮像光学系１の中間状態での収差図を示す。 実施例１３の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。 実施例１３の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 実施例１４の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例１４の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。 実施例１４の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。 実施例１４の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。 実施例１４の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。 実施例１４の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。 本実施形態の光学系を自動車の撮像光学系として用いた例を示す図である。 本実施形態の光学系を内視鏡先端の撮像光学系として用いた例を示す図である。

本実施形態の立体撮像光学系１について説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の光学系中心軸Ｃに沿ってとった断面図である。

従来、立体撮像する方法は、以下の３つのパターンが一般的であった。
１．完全に独立した２つの中心軸からなる光学系で撮像する。
２．全体は１つの中心軸で瞳分割により視差を得る光学系で撮像する。
３．物体側から２つの中心軸の前群と１つの中心軸の後群からなる光学系で撮像する。

１．の光学系で撮像する方法では、機械的又は電気的なリンク機構で２つの中心軸を調整するため、それぞれを連動させる必要があり、構造が複雑になり装置として大型になってしまう。２．の光学系で撮像する方法では、画角を広く取ろうとすると、物体側に強い負のレンズを配置するレトロフォーカス型のパワー配置にする必要があり、入射瞳の間隔を広く取るためには大きな光学系が必要になってしまう。３．の光学系で撮像する方法では、画角が広くなると、偏心して配置された前群で発生する左右非対称な像歪みが大きく発生し、この左右非対称な像歪みが立体観察時の奥行きを誤認識させてしまう。

また、従来の立体撮像装置は、撮像素子の画素数が例えば３０万画素程度で少なく、Ｆナンバーが大きかったため、焦点深度が深く、フォーカス調整は不要であった。

近年、小型で高画素数の撮像素子が実用化されるようになったため、像高が小さくても高解像な撮像が可能になった。例えば１００万画素を超える高解像な撮像をするためには、撮像光学系は、Ｆナンバーを小さくして、解像限界を小さくする必要があり、そのため、焦点深度が浅くなり、フォーカス調整が必須になる。

本実施形態の立体撮像光学系１は、小型で高解像な観察画角の広い立体像を得ることを可能とするものである。

そのために、本実施形態の立体撮像光学系１は、物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズＬｆ１₁と、開口Ｓ１と、を有し、第１中心軸Ｃ１に対して回転対称な第１光学系Ｇ１と、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２に対して回転対称であって、第１光学系Ｇ１と同一構成で並列に配置される第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系Ｇｖと、を備え、可変光学系Ｇｖは、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子２を有することが好ましい。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の物体側に負レンズＬｆ１₁，Ｌｆ２ ₁ を配置し、負レンズＬｆ１₁，Ｌｆ２ ₁ より像面Ｉ側の任意の位置に開口Ｓ１，Ｓ２を配置することにより、非対称像歪みがなく、広画角を有し、１００ｍｍ以下の比較的近い物点を違和感なく立体視することが可能な視差のある立体画像を撮像することが可能となる。

さらに、可変光学系Ｇｖは、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させる少なくとも１つの可変光学素子２を有するので、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の特性を一度に変化させることができ、小型な撮像光学系を形成することが可能となる。

本発明の一実施形態である立体撮像光学系では、可変光学素子２は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２について、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させるので、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の特性を同時に変化させることができ、性能を向上させることが可能となる。

また、可変光学素子２は、透過面を有し、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２に等しい屈折作用を与えることが好ましい。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２に等しい屈折作用を与えるので、違和感なく立体視することが可能となる。

また、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズＬｆ１₁，Ｌｆ２ ₁ を有する前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と、開口Ｓ１，Ｓ２と、後群Ｇｂ１，Ｇｂ２と、を有し、可変光学系Ｇｖは、前群Ｇｆ１，Ｇｆ２よりも像面Ｉ側に配置されることが好ましい。

可変光学系Ｇｖを前群Ｇｆ１，Ｇｆ２よりも像面Ｉ側に配置するので、光束の変化を少なくすることが可能となる。

図２は、可変光学系Ｇｖが前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置される一実施形態の立体撮像光学系１を示す図である。

可変光学系Ｇｖは、前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置されることが好ましい。

可変光学系Ｇｖを前群Ｇｆ１，Ｇｆ２と後群Ｇｂ１，Ｇｂ２の間に配置するので、可変光学系Ｇｖが開口Ｓ１，Ｓ２に近くなり、軸外収差を悪化させることなくフォーカスを変化させることが可能となると共に、少ない像劣化で輻輳を変化させることが可能となる。

また、可変光学素子２は、単一の回転中心軸ＣＲの周りに回転可能であることが好ましい。

可変光学素子２が単一の回転中心軸ＣＲの周りに回転するので、簡単な機構で第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差することが可能となる。

また、可変光学素子２は、回転中心軸ＣＲを対称軸とする回転対称な形状であることが好ましい。

可変光学素子２が回転中心軸ＣＲを対称軸とする回転対称な形状なので、簡単な構造で第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のそれぞれの光路に交差し、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させることが可能となる。

図３は、平面部を有する可変光学素子３の一例を示す図である。図４は、図３に示した可変光学素子３を回転中心軸方向から見た図である。また、図４（ａ）は可変光学素子３の第１状態、図４（ｂ）は可変光学素子３の第２状態、図４（ｃ）は可変光学素子３の第３状態を示す。

可変光学系Ｇｖは、可変光学素子３を有することが好ましい。可変光学素子３は、第１面部３ａと、第１面部３ａと同一構成で第１面部３ａに対して回転中心軸ＣＲを中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部３ｂと、を少なくとも１組有することが好ましい。

可変光学素子３は、このような構成の第１面部３ａと第２面部３ｂを少なくとも１組有するので、可変光学系Ｇｖを回転させることにより、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを変化させることが可能となる。

また、可変光学素子３では、第１面部３ａ及び第２面部３ｂは、それぞれ、少なくとも、回転中心軸ＣＲに直交する平面からなる第１平面部３ａ₁，３ｂ₁と、回転中心軸ＣＲに直交する平面からなり、第１平面部３ａ₁，３ｂ₁とは回転中心軸ＣＲ方向の厚さが異なる第２平面部３ａ₂，３ｂ₂と、を有することが好ましい。

図３に示す例では、可変光学素子３は、第１面部３ａと第２面部３ｂとの境界に、それぞれ第１境界段部３ａｂ及び第２境界段部３ｂａが形成され、第１平面部３ａ₁，３ｂ₁と第２平面部３ａ₂，３ｂ₂との間には、それぞれ第１切替段部３ａ’及び第２切替段部３ｂ’が形成される。

また、可変光学素子３は、第１平面部３ａ₁，３ｂ₁に、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１₁，Ｌｏ１₂を通過させるための通過孔３ａ₁₁，３ｂ₁₁が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂は、第１平面部３ａ₁，３ｂ₁を透過し、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂は、第２平面部３ａ₂，３ｂ₂を透過する。

可変光学素子３において、第１面部３ａ及び第２面部３ｂは、それぞれ、少なくとも第１平面部３ａ₁，３ｂ₁と第２平面部３ａ₂，３ｂ₂と、を有するので、可変光学素子３を回転させることにより、光路長が切り替わり、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。なお、本実施形態では、像点の移動がないので、光学系の任意の位置に所定の厚さの可変光学素子３を配置することが可能である。

例えば、図４（ａ）に示すように、第１状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の通過孔３ａ₁₁，３ｂ₁₁が重なるようにあわせて、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１₁，Ｌｏ１₂を通過させることが好ましい。また、図４（ｂ）に示すように、第２状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第１平面部３ａ₁，３ｂ₁が重なるようにあわせて、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂を透過させることが好ましい。さらに、図４（ｃ）に示すように、第３状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第２平面部３ａ₂，３ｂ₂が重なるようにあわせて、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂を透過させることが好ましい。

なお、図４に示す例では、理解を容易にするために、第１状態から第２状態、第２状態から第３状態へ変更する際、又はその逆の際に、それぞれ可変光学素子３を回転軸ＣＲを中心として６０°回転させる構成としたが、各状態を速く変更できるように、可変光学素子３の通過孔３ａ₁₁，３ｂ₁₁、第１平面部３ａ₁，３ｂ₁、及び第２平面部３ａ₂，３ｂ₂の位置関係をより小さい角度に設定してもよい。

図５は、他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。また、図５（ａ）は他の例の可変光学素子３の第１状態、図５（ｂ）は他の例の可変光学素子３の第２状態を示す。

図５に示す例では、可変光学素子３の中心軸ＣＲは、第１光学系Ｇ１の第１中心軸Ｃ１と第２光学系Ｇ２の第２中心軸Ｃ２との中間から偏心して配置されている。

例えば、図５（ａ）に示すように、第１状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第１平面部３ａ₁，３ｂ₁が重なるようにあわせて、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂を透過させることが好ましい。また、図５（ｂ）に示すように、第２状態として、第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に、物体側から見て、それぞれ可変光学素子３の第２平面部３ａ₂，３ｂ₂が重なるようにあわせて、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂を透過させることが好ましい。

なお、第１面部３ａと第２面部３ｂ以外の面を、第１面部３ａ及び第２面部３ｂと構成の等しい第３面部３ｃとして使用してもよい。

図６は、他の例の可変光学素子３を回転中心軸ＣＲ方向から見た図である。また、図６（ａ）は他の例の可変光学素子３の第１状態、図６（ｂ）は他の例の可変光学素子３の第２状態を示す。

可変光学素子３は、一組の平面部からなる第１面部３ａのみを使用し、第１平面部３ａ₁及び第２平面部３ａ₂から構成してもよい。

例えば、図６（ａ）に示すように、第１状態として、物体側から見て第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１に可変光学素子３の第１平面部３ａ₁が重なるように配置して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５を透過させ、物体側から見て第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に可変光学素子３の第２平面部３ａ₂が重なるように配置して、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０を透過させることが好ましい。

また、図６（ｂ）に示すように、第２状態として、物体側から見て第１光学系Ｇ１の中心軸Ｃ１に可変光学素子３の第２平面部３ａ₂が重なるように配置して、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０を透過させ、物体側から見て第２光学系Ｇ２の中心軸Ｃ２に可変光学素子３の第１平面部３ａ₁が重なるように配置して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５を透過させることが好ましい。

立体撮像光学系１は、可変光学素子３を、回転中心軸を中心に１８０°回転させて、第１光学系Ｇ１と第２光学系Ｇ２で異なる位置にフォーカスが合った映像をそれぞれ高速に取り込む。そして、画面の周波数領域が高い方の映像を切り出してから合成することにより、焦点深度の深い映像を電子的に合成すればよい。

図７は、傾斜面を有する可変光学素子４の一例を示す図である。

本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子４を有することが好ましい。可変光学素子４は、第１面部４ａ及び第２面部４ｂを有する。第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなることが好ましい。図７に示す例では、第１面部４ａと第２面部４ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部４ａｂ及び第２境界段部４ｂａが形成される。

可変光学素子４は、像面側に傾斜面を配置することが好ましい。像面側に傾斜面を配置することで、像点の移動を小さくすることが可能となる。

第１面部４ａ及び第２面部４ｂには、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１₁，Ｌｏ１₂を通過させるための通過孔４ａ₁，４ｂ₁が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂は、第１面部４ａ及び第２面部４ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。

第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなるので、可変光学素子４を回転させることにより、光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。

なお、可変光学素子４が回転中心軸ＣＲを中心に回転する場合、第１面部４ａ及び第２面部４ｂの垂線は、可変光学素子４の回転と共に２次元的な変化をする。そのため、通過する光束が屈折して、像中心が２次元的な移動をする。そのため、撮像素子からの画像の読み出し位置を変えて補正することが好ましい。また、像中心の移動を少なくするためには、可変光学系Ｇｖを像面の近くに配置することが好ましい。

図８は、螺旋面を有する可変光学素子５の一例を示す図である。

本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子５を有することが好ましい。可変光学素子５は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂを有する。第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなることが好ましい。図８に示す例では、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ連続した螺旋面からなり、第１面部５ａと第２面部５ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部５ａｂ及び第２境界段部５ｂａが形成される。

第１面部５ａ及び第２面部５ｂには、それぞれ物点１ｍｍの光束Ｌｏ１₁，Ｌｏ１₂を通過させるための通過孔５ａ₁，５ｂ₁が形成される。そして、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。

図８に示す可変光学素子５の螺旋面は、常螺旋面で構成され、中心から回転しながら進む線分が常に中心軸ＣＲと直交し、中心軸ＣＲとなす角が垂直のままで変化しない面である。そのため、可変光学素子５が回転している際に、第１光学系Ｇ１の第１中心軸Ｃ１及び第２光学系Ｇ２の第２中心軸Ｃ２上を通る２つの主光線と可変光学素子５の透過面とのなす角度は、常に一定で変化しない。

第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなるので、可変光学素子５を回転させることにより、光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。

また、螺旋形状では、可変光学素子５が回転中心軸ＣＲを中心に回転しても、螺旋面の垂線は変化しないので、あらかじめ撮像領域を設定しておくことが好ましい。

図９は、第１面部５ａ及び第２面部５ｂが段部５ａ’，５ｂ’を有する可変光学素子５の一例を示す図である。

図９に示す例では、第１面部５ａと第２面部５ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部５ａｂ及び第２境界段部５ｂａが形成され、第１螺旋面部５ａ₁，５ｂ₁と第２螺旋面部５ａ₂，５ｂ₂との間には、それぞれ第１切替段部５ａ’及び第２切替段部５ｂ’が形成される。

また、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１，Ｌｏ１₂は、第１螺旋面部５ａ₁，５ｂ₁を透過し、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂は、第２螺旋面部５ａ₂，５ｂ₂を透過する。

図９に示した可変光学素子５は、物点１ｍｍの光束Ｌｏ１，Ｌｏ１₂の場合にも、螺旋面を使用するので、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂のときと比較して、ＸＹ方向への像点の移動が少ない。

図９に示した可変光学素子５では、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、それぞれ、少なくとも、第１螺旋面部５ａ₁，５ｂ₁と、第２螺旋面部５ａ₂，５ｂ₂と、を有するので、可変光学素子５を回転させることにより、光路長が切り替わり、又は光路長が連続的に変化し、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカスをあわせることが可能となる。

また、螺旋形状では、可変光学素子５が回転中心軸ＣＲを中心に回転しても、螺旋面の垂線は変化しないので、あらかじめ撮像領域を設定しておくことが好ましい。

図１０は、放射方向傾斜面を有する可変光学素子６の一例を示す図である。

本実施形態の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子６を有することが好ましい。可変光学素子６は、第１面部６ａ及び第２面部６ｂを有する。第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に連続して回転中心軸ＣＲに対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなることが好ましい。図１０に示す例では、第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ連続した放射方向傾斜面からなり、第１面部６ａと第２面部６ｂとの境界には、それぞれ第１境界段部６ａｂ及び第２境界段部６ｂａが形成される。

第１面部６ａ及び第２面部６ｂには、物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０₁，Ｌｏ１０₂及び物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂は、第１面部６ａ及び第２面部６ｂをそれぞれ異なる位置で透過する。

第１面部６ａ及び第２面部６ｂは、それぞれ回転中心軸ＣＲを中心とする円の周方向に連続して回転中心軸ＣＲに対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなるので、可変光学素子６を回転させることにより、連続的に放射方向傾斜面の傾きを連続的に変化させることが可能となる。この場合、透過光路の光路長が変化することがなく、特に輻輳のみを変化させることが可能となる。

さらに好ましくは、図８に示した螺旋面と、図１０に示した放射方向傾斜面とを組み合わせることで、物点距離に応じて的確な回転角を与えてフォーカス及び輻輳を同時にあわせることが可能となり、常に物体中心を撮像面中心に配置することが可能となる。

図１１は、図１０に示した可変光学素子６をＸ軸方向から見た図である。図１２は、図１０に示した可変光学素子６をＹ軸方向から見た図である。図１３は、補正光学素子６０を用いた可変光学系Ｇｖを示す図である。

図１１又は図１２に示すような可変光学素子６は、傾斜面又は螺旋面によって左右光軸に曲がりを発生させる場合がある。そのため、図１３に示すように、楔形の補正光学素子６０を用いることが好ましい。このように、楔形の補正光学素子６０を用いることで、傾斜面又は螺旋面によって発生する左右光路の像中心のズレを補正することが可能となる。

図１４は、自由曲面を有する可変光学素子７の一例を示す図である。

可変光学素子７は、部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有することが好ましい。

曲面の部分で曲率を異ならせることで、少なくとも第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の光路を選択的に透過させることにより、フォーカスの調整に使用することが可能となる。

この場合、曲面は、自由曲面であることが好ましい。

自由曲面で場所により異なる形状の面を作製し、遠点では可変光学素子７の比較的光学的に屈折力の弱い部分、又は負の屈折力の部分を光束が通過し、近点では、可変光学素子７の比較的光学的に屈折力の強い部分、又は正の屈折力の部分を光束が通過するように設定し、遠点と近点とでフォーカスを調整することが可能となる。

図１５は、少なくとも１つの光学素子８１が中心軸Ｃ方向に移動可能な可変光学系Ｇｖの一例を示す図である。

可変光学系Ｇｖは、少なくとも１つの正又は負の可変光学素子８１を有し、可変光学素子８１は、中心軸Ｃ方向に移動可能であることが好ましい。図１５に示すように、可変光学系Ｇｖの可変光学素子８１は、可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃ方向に移動可能となっている。このため、物点が移動した場合に可変光学素子８１を中心軸Ｃ方向に移動させることで、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２のフォーカスを調整することが可能となる。

また、可変光学系Ｇｖは、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の中間に光学系中心軸Ｃが配置され、光学系中心軸Ｃに対して回転対称な正と負の２枚のレンズ８１，８２からなり、正と負の２枚のレンズ８１，８２のうち少なくとも１枚のレンズ８１は、光学系中心軸Ｃの方向に移動可能な可変光学素子８１であることが好ましい。

特に、物点移動の距離が大きい場合、パワーの強い可変光学素子８１を移動する必要があるが、一般的にパワーの強い光学素子が像面近傍に配置されると、強い像面湾曲が発生する。本実施形態のように、偏心している光学系では、像面湾曲の発生が左右の光路で異なって発生してしまうので、著しく解像力が劣化してしまう。これを避けるため、正と負の光学素子を配置して像面湾曲の発生をキャンセルし、どちらか一方を移動することが重要である。

また、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の間隔は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。

通常の立体撮像光学系では、違和感のない立体感を得るために５０ｍｍ程度の入射瞳間隔を有している。また、顕微鏡は、２０ｍｍ程度の入射瞳間隔を有し、複雑な連動機構等を使用してズームやフォーカスを行っている。また、硬性鏡では撮像部が体内から外に出るので、撮像部にフォーカス機構等を入れやすい。

これに対して、内視鏡に用いる立体撮像光学系では、撮像部も体内に入るため、単純な構造で、入射瞳を１０ｍｍ以下とすることが好ましい。そこで、単一素子の単一動作で両眼共にフォーカス及び輻輳の操作が行えることが好ましい。

また、図１５に示すように、第１前群Ｇｆ１の平凹負レンズＬｆ１₁は、第２前群Ｇｆ２側を一部切り欠いた第１切り欠き部９１が形成され、第２前群Ｇｆ２の平凹負レンズＬｆ２₁は、第１前群Ｇｆ１側を一部切り欠いた第２切り欠き部９２が形成されてもよい。

第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２は、当接されることが好ましい。第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２が当接されることによって、第１前群Ｇｆ１の第１光軸Ｃ１と第２前群Ｇｆ２の第２光軸Ｃ２との距離を縮めることができ、立体撮像光学系１を小型化することが可能となる。

なお、切り欠き部は、他の第１前群Ｇｆ１と第２前群Ｇｆ２の対応するレンズに形成し、それぞれ当接させてもよい。

また、第１切り欠き部９１と第２切り欠き部９２との間に図示しない遮光部材を設置してもよい。遮光部材を設置することにより、基線長を短くしても、第１前群Ｇｆ１と第２前群Ｇｆ２の間でそれぞれのフレアー光が入射してしまうおそれを低減させることが可能となる。

また、平凹負レンズＬｆ１₁と平凹負レンズＬｆ２₁は、一体に成型してもよい。

また、物体側観察画角が６０°以上であることが好ましい。

観察画角が広い場合、物体側でフォーカス及び内向角の調整を行うと、回転非対称な像歪みが発生する。本実施形態では、可変光学系Ｇｖを像面側に配置しているので、観察画角を広くすることが可能となっている。

なお、図４〜図６に示した可変光学素子３の構成の例は、平面だけでなく、他の傾斜面、螺旋面、放射方向傾斜面、自由曲面からなる可変光学素子４，５，６，７にも適用することが可能である。また、可変光学系Ｇｖの中心軸は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２の中心軸の中間からずれていてもよい。さらに、可変光学素子４，５，６，７の各面は、第１面部の１つの面で構成してもよい。

さらに、可変光学系Ｇｖは、各実施形態を組み合わせた構造としてもよい。例えば、物体側の面と像面側の面で異なる種類の面を適用してもよい。

図１６は、本発明に係る一実施形態の立体撮像光学系１の焦点距離ｆを説明する図である。

本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
ｄ／ｆ ＜ ０．５ （１）
ただし、
ｄは、可変光学系Ｇｖと開口Ｓとの距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。

本実施形態では、図１６に示すように、立体撮像光学系１の全系の焦点距離をｆとする。立体撮像光学系１が偏心光学系の場合には、偏心を取り除いて、無限遠から並行光束を光学系１’に入射させ、光学系１’に入射した軸上マージナル光線Ｌ１’が、光学系１’を通過後に射出され、仮想的に屈曲する位置Ａから像面Ｉまでの距離をこの立体撮像光学系１の焦点距離ｆとする。

条件式（１）の上限を上回ると、可変光学系Ｇｖと開口Ｓとの距離が離れてしまい、フォーカス及び輻輳を変換する場合、像周辺の収差が極端に悪化して解像力が悪くなってしまう。

本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
１０ ＜ ｆｂ／ｆ （２）
ただし、
ｆｂは、可変光学系Ｇｖの焦点距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（２）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの焦点距離が短くなりすぎ、像面湾曲の発生が大きくなり、像周辺まで高い解像力を得ることができなくなる。

さらに好ましくは、以下の条件式（２’）を満足することが好ましい。
５０ ＜ ｜ｆｂ／ｆ｜ （２’）
ただし、
ｆｂは、可変光学系Ｇｖの焦点距離、
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（２‘）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの焦点距離が短くなりすぎ、像面湾曲の発生が大きくなり、像周辺まで高い解像力を得ることができなくなる。

本実施形態の立体撮像装置は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．３ ＜ ｄｖ／ｆ （３）
ただし、
ｄｖは、可変光学素子Ｇｖの移動量
ｆは、光学系全系の焦点距離、
である。

条件式（３）の下限を下回ると、可変光学系Ｇｖの移動に伴うフォーカス調整範囲が短くなり、近点と遠点の距離を十分に確保することができなくなる。

以下に、本実施形態にかかる立体撮像光学系１の実施例を説明する。なお、実施例の数値データは、後述する。実施例における座標系は、回転中心軸ＣＲの像面に向かう方向をＺ軸正方向、回転中心軸ＣＲから第２中心軸Ｃ２に向かう方向をＸ軸正方向とする。なお、実施例６−８及び１０−１４は、参考例とする。

図１７は、実施例１の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図１８及び図１９は、実施例１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図２０及び図２１は、実施例１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図２２は、実施例１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

横収差図において、中央に示された角度は、（垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、マイナスの画角は、Ｘ軸正方向を向いて右回りの角度を意味する。以下、実施例の横収差図に関して同様である。

実施例１の立体撮像光学系１は、図１７に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。

第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１₁と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１₂と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１₁と両凸正レンズＬｂ１₂の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１₃と、を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。

第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２₁と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２₂と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２₁と両凸正レンズＬｂ２₂の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２₃と、を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、図３に示した可変光学素子３の形状であって、中心軸Ｃを回転中心軸ＣＲとして回転可能であり、物点１ｍｍの時に光束が通過する通過孔３ａ₁₁，３ｂ₁₁を有する。また、物点１５ｍｍの時に光束が通過する第１平面３ａ₁，３ｂ₁の厚さは、０．６７９ｍｍである。物点５０ｍｍの時に光束が透過する第２平面３ａ₂，３ｂ₂の厚さは、０．７５５ｍｍである。

また、像面Ｉの手前には、フィルタを配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₂、第１開口Ｓ１、第１後群Ｇｂ１の接合レンズＳＵｂ１₁、及び、正メニスカスレンズＬｂ１₃、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₂、第２開口Ｓ２、第２後群Ｇｂ２の接合レンズＳＵｂ２₁、及び、正メニスカスレンズＬｂ２₃、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

可変光学系Ｇｖの可変光学素子３に入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、図３に示したように、物点１ｍｍの時には、光束は通過孔３ａ₁₁，３ｂ₁₁を通過し、物点１５ｍｍの時には、光束は第１平面３ａ₁，３ｂ₁を透過し、物点５０ｍｍの時には、光束は第２平面３ａ₂，３ｂ₂を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して像面に入射する。

図２３は、実施例２の立体撮像光学系１の像の移動を示す図である。

図示しない実施例２の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図７に示した構造の可変光学素子４を適用したものである。なお、実施例２のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図と収差図は省略する。

実施例２の可変光学素子４は、図７に示したように、傾斜面を有する。傾斜面は、第１境界段部４ａｂでのＸＹ平面に対する第１面部４ａの角度及び第２境界段部４ｂａでのＸＹ平面に対する第２面部４ｂの角度である傾斜角度αを２．４６７°とする。

物点５０ｍｍから物点１５ｍｍにフォーカスをあわせるためには、中心軸ＣＲを中心に可変光学素子４を４５°回転させる。また、物点１５ｍｍから物点１ｍｍにフォーカスをあわせるためには、中心軸ＣＲを中心に可変光学素子４を４５°回転させる。可変光学系Ｇｖの最も厚い部分は、０．７５４ｍｍで、最も薄い部分は、０．７０９ｍｍであり、第１面部４ａ及び第２面部４ｂは、連続的に傾斜する。

実施例２の立体撮像光学系１では、図２３に示すような軌跡を描いて、像点が移動する。像点は、像高に対して約６％移動する。この移動を小さくするために、可変光学系Ｇｖを像面近傍に配置することが好ましい。

図示しない実施例３の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図８に示した構造の可変光学素子５を適用したものである。なお、実施例３のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図と収差図は省略する。

実施例３の可変光学素子５は、図８に示したように、螺旋面を有する。可変光学素子５の最も厚い部分は、０．７５４ｍｍで、最も薄い部分は、０．７０９ｍｍであり、第１面部５ａ及び第２面部５ｂは、連続的な螺旋形状である。可変光学素子５は、連続的な螺旋形状なので、回転しても光路中での面の傾きが一定で変化しないので、像点は移動しない。

また、実施例１の立体撮像光学系１に、図８に示した構造の可変光学素子５を適用した場合、物点が１ｍｍの光束Ｌｏ１₁，Ｌｏ１₂も螺旋面の、第１面部５ａ及び第２面部５ｂを透過するので、像点の移動がなくなり、好ましい。

図示しない実施例４の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図１０及び図１４に示した構造の可変光学素子６を適用したものである。

実施例４の可変光学素子６は、物体側に図１０に示した放射方向傾斜面、像面側に図１４に示した自由曲面を有する。図１０及び図１４に示した構造の可変光学素子６を実施例１の立体撮像光学系１に適用する際には、実施例１の場合と面間隔を異ならせて配置する。なお、放射方向傾斜面及び自由曲面は、それぞれ単独の可変光学素子に別々に用いてもよい。

物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂が通過する部分において、可変光学素子６の厚さは０．８２０ｍｍで、回転中心軸ＣＲ側が下がる方向に１．１９６°傾斜している。そこから連続的に変化して、物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０₁，Ｌｏ１０₂が通過する部分において、可変光学素子６の厚さは０．７００ｍｍで、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に１．１９６°傾斜している。実施例４では、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂と物点１０ｍｍの光束Ｌｏ１０₁，Ｌｏ１０₂は、可変光学素子６を９０°回転させて配置しているが、これに限らず、任意に設定してもよい。

なお、実施例４の自由曲面は、後述する実施例５の自由曲面と同様の構成を有する。

図２４は、実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７の自由曲面形状を示す図である。図２５及び図２６は、実施例５の立体撮像光学系１の遠点での収差図を示す。図２７及び図２８は、実施例５の立体撮像光学系１の近点での収差図を示す。

実施例５の立体撮像光学系１は、実施例１の立体撮像光学系１に、図１４に示した構造の可変光学素子７を適用したものである。なお、実施例５のレンズデータは、実施例１と同じなので、光路図は省略する。また、実施例５の自由曲面は、実施例４の自由曲面と同様の構成を有する。

実施例５の可変光学系Ｇｖは、可変光学素子７を有する。可変光学素子７は、図２４に示すように、なめらかな自由曲面を有し、部分的な曲率変化を生じさせてフォーカスを合わせる。実施例５の可変光学系Ｇｖの可変光学素子７は、物点１５ｍｍで使用する領域を物点５０ｍｍで使用する領域よりも比較的凸成分とし、回転させることで、連続的にフォーカスを合わせる。

図２９は、実施例６の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図３０及び図３１は、実施例６の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図３２及び図３３は、実施例６の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図３４は、実施例６の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例６の立体撮像光学系１は、図２９に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。

第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、平両凹負レンズＬｆ１₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ１₂と両凸正レンズＬｆ１₃の第１前群接合レンズＳＵｆ１₁と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１₁と両凸正レンズＬｂ１₂の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。

第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、平両凹負レンズＬｆ２₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ２₂と両凸正レンズＬｆ２₃の第２前群接合レンズＳＵｆ２₁と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２₁と両凸正レンズＬｂ２₂の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第１レンズ８１と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズ８２と、を有する。第１レンズ８１は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第１レンズ８１を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、物点３３ｍｍから物点１０ｍｍまでフォーカスを合わせることが可能となる。

また、第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂の手前には、フィルタＦを配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１₁、第１前群接合レンズＳＵｆ１₁、第１開口Ｓ１、及び、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２₁、第２前群接合レンズＳＵｆ２₁、第２開口Ｓ２、及び、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１及び第２レンズ８２を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂に入射する。

図３５は、実施例７の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図３６及び図３７は、実施例７の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図３８及び図３９は、実施例７の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図４０は、実施例７の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例７の立体撮像光学系１は、図３５に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。

第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、平凹負レンズＬｆ１₁と、両凸正レンズＬｆ１₂と、両凹負レンズＬｆ１₃と両凸正レンズＬｆ１₄の第１前群接合レンズＳＵｆ１₁と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１₁と両凸正レンズＬｂ１₂の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。

第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、平凹負レンズＬｆ２₁と、両凸正レンズＬｆ２₂と、両凹負レンズＬｆ２₃と両凸正レンズＬｆ２₄の第２前群接合レンズＳＵｆ２₁と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２₁と両凸正レンズＬｂ２₂の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、両凹負レンズからなる第１レンズ８１と、両凸正レンズからなる第２レンズ８２と、を有する。第２レンズ８２は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第２レンズ８２を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、物点３３ｍｍから物点０ｍｍまでフォーカスを合わせることが可能となる。

また、第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂の手前には、フィルタＦを配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１₁、両凸正レンズＬｆ１₂、第１前群接合レンズＳＵｆ１₁、第１開口Ｓ１、及び、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２₁、両凸正レンズＬｆ２₂、第２前群接合レンズＳＵｆ２₁、第２開口Ｓ２、及び、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１及び第２レンズ８２を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂に入射する。

図４１は、実施例８の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図４２及び図４３は、実施例８の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図４４及び図４５は、実施例８の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図４６は、実施例８の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例８の立体撮像光学系１は、図４１に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。

第１光学系Ｇ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１₁と、両凸正レンズＬｆ１₂と、を有する第１前群Ｇｆ１と、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１₁と両凸正レンズＬｂ１₂の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁と、両凸正レンズＬｂ１₃と、を有する第１後群Ｇｂ１と、を有する。

第２光学系Ｇ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２₁と、両凸正レンズＬｆ２₂と、を有する第２前群Ｇｆ２と、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２₁と両凸正レンズＬｂ２₂の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁と、両凸正レンズＬｂ２₃と、を有する第２後群Ｇｂ２と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ８１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズ８２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第３レンズ８３と、を有する。第２レンズ８２は、可変光学素子を構成し、中心軸Ｃの方向に移動可能である。第２レンズ８２を中心軸Ｃの方向に移動させることによって、輻輳を６２．５００ｍｍから１８．７５０ｍｍまで合わせることが可能となる。

また、第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂の手前には、フィルタＦを配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、平凹負レンズＬｆ１₁、両凸正レンズＬｆ１₂、第１開口Ｓ１、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、及び、両凸正レンズＬｂ１₃、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、平凹負レンズＬｆ２₁、両凸正レンズＬｆ２₂、第２開口Ｓ２、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、及び、両凸正レンズＬｂ２₃、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射する。

可変光学系Ｇｖに入射した第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、第１レンズ８１、第２レンズ８２、及び第３レンズ８３を透過する。その後、第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂に入射する。

図４７は、実施例９の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図４８は、実施例９の可変光学素子の物体側の面の概念図である。図４９は、実施例９の可変光学素子の像面側の面の概念図である。図５０及び図５１は、実施例９の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図５２及び図５３は、実施例９の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図５４は、実施例９の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例９の立体撮像光学系１は、図４７に示すように、物体側から像面側へ順に、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１、及び、第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２と、を備える。

第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２の間隔は３ｍｍである。

第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ１₁と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１₂と、を有する。第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１は、第１開口Ｓ１と、両凹負レンズＬｂ１₁と両凸正レンズＬｂ１₂の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１₃と、を有する。

第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２は、物体側から像面側へ順に、両凹負レンズＬｆ２₁と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２₂と、を有する。第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２は、第２開口Ｓ２と、両凹負レンズＬｂ２₁と両凸正レンズＬｂ２₂の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２₃と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、図４８示した放射方向傾斜螺旋面と、図４９に示した自由曲面と、を有する可変光学素子９を備える。

また、可変光学素子９の物体側は、図４８に示したように、放射方向傾斜螺旋面を有する。物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂が通過する部分において、可変光学素子９は、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に０．０４４°傾斜している。そこから連続的に変化して、物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂が通過する部分において、可変光学素子９は、回転中心軸ＣＲ側が上がる方向に２．０９４°傾斜している。光束中心の厚さは、全周で変化せず、０．６２５ｍｍである。実施例９では、物点５０ｍｍの光束Ｌｏ５０₁，Ｌｏ５０₂と物点１５ｍｍの光束Ｌｏ１５₁，Ｌｏ１５₂は、９０°回転させて配置しているが、これに限らず、任意に設定してもよい。

可変光学素子９の像面側は、図４９に示したように、なめらかな自由曲面を有し、部分的な曲率変化を生じさせてフォーカスを合わせる。実施例９の可変光学系Ｇｖの可変光学素子９は、物点５０ｍｍで使用する領域を物点１５ｍｍで使用する領域よりも比較的凸成分とし、回転させることで、連続的にフォーカスを合わせる。

また、第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂の手前には、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２を配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１₂、可変光学素子９、第１開口Ｓ１、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１₃、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、第１フィルタＦ１を通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２₂、可変光学素子９、第２開口Ｓ２、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２₃、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、第２フィルタＦ２を通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

図５５は、実施例１０の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図５６は、実施例１０の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図５７は、実施例１０の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図５８は、実施例１０の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図５９は、実施例１０の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図６０は、実施例１０の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例１０の立体撮像光学系１は、図５５に示すように、物体側から像面側へ順に、第１前群Ｇｆ１、第１絞りＳ１、及び、第１後群Ｇｂ１を有する第１中心軸Ｃ１を光軸とする第１光学系Ｇ１と、第２前群Ｇｆ２、第２絞りＳ２、及び、第２後群Ｇｂ２を有する第１中心軸Ｃ１と並列に配置された第２中心軸Ｃ２を光軸とする第２光学系Ｇ２と、単一の中心軸Ｃを有する可変光学系Ｇｖと、を備える。

立体撮像光学系１は、第１光学系Ｇ１及び第２光学系Ｇ２を並列に配置することにより、立体観察が可能となる。

第１光学系Ｇ１の第１前群Ｇｆ１は、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｆ１₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ１₂と両凸正レンズＬｆ１₃の第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ１₄と、両凸正レンズＬｆ１₅と両凹負レンズＬｆ１₆の第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂と、を有する。

第１光学系Ｇ１の第１後群Ｇｂ１は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ１₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ１₂と両凸正レンズＬｂ１₃の第１後群接合レンズＳＵｂ１₁と、両凸正レンズＬｂ１₄と、を有する。

第２光学系Ｇ２の第２前群Ｇｆ２は、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｆ２₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｆ２₂と両凸正レンズＬｆ２₃の第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｆ２₄と、両凸正レンズＬｆ２₅と両凹負レンズＬｆ２₆の第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂と、を有する。

第２光学系Ｇ２の第２後群Ｇｂ２は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬｂ２₁と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬｂ２₂と両凸正レンズＬｂ２₃の第２後群接合レンズＳＵｂ２₁と、両凸正レンズＬｂ２₄と、を有する。

可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ₁と、像面側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ₂と、を有する。平凹負レンズＬｖ₂は、可変光学素子を構成する。

また、第１像面Ｉ₁及び第１像面Ｉ₂の手前には、フィルタＦを配置する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₄、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１₁、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、両凸正レンズＬｂ１₄、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ₁及び平凹負レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₄、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２₁、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、両凸正レンズＬｂ２₄、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ₁及び平凹負レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

図６１は、実施例１１の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図６２は、実施例１１の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図６３は、実施例１１の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図６４は、実施例１１の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図６５は、実施例１１の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例１１の立体撮像光学系１は、図５５に示した実施例１０の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。

実施例１１の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ₁と、像面側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ₂と、を有する。平凸正レンズＬｖ₂は、可変光学素子を構成する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₄、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１₁、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、両凸正レンズＬｂ１₄、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ₁及び平凸正レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₄、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２₁、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、両凸正レンズＬｂ２₄、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ₁及び平凸正レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

図６６は、実施例１２の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図６７は、実施例１２の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図６８は、実施例１２の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図６９は、実施例１２の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図７０は、実施例１２の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例１２の立体撮像光学系１は、図６１に示した実施例１１の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖの可変光学素子を替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。

実施例１２の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ₁と、像面側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ₂と、を有する。平凹負レンズＬｖ₁は、可変光学素子を構成する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₄、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１₁、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、両凸正レンズＬｂ１₄、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ₁及び平凸正レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₄、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２₁、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、両凸正レンズＬｂ２₄、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凹負レンズＬｖ₁及び平凸正レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

図７１は、実施例１３の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図７２は、実施例１３の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図７３は、実施例１３の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図７４は、実施例１３の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図７５は、実施例１３の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例１３の立体撮像光学系１は、図６６に示した実施例１２の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。

実施例１３の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に平面を向けた平凸正レンズＬｖ₁と、像面側に平面を向けた平凹負レンズＬｖ₂と、を有する。平凸正レンズＬｖ₁は、可変光学素子を構成する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₄、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１₁、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、両凸正レンズＬｂ１₄、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ₁及び平凹負レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₄、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２₁、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、両凸正レンズＬｂ２₄、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、平凸正レンズＬｖ₁及び平凹負レンズＬｖ₂を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

図７６は、実施例１４の立体撮像光学系１の中心軸Ｃに沿った断面図である。図７７は、実施例１４の可変光学系Ｇｖの中心軸Ｃに沿った断面図である。図７８は、実施例１４の立体撮像光学系１の遠点での横収差図である。図７９は、実施例１４の立体撮像光学系１の中間状態での横収差図である。図８０は、実施例１４の立体撮像光学系１の近点での横収差図である。図８１は、実施例１４の立体撮像光学系１の像歪みを示す図である。

実施例１４の立体撮像光学系１は、図７１に示した実施例１３の立体撮像光学系１の可変光学系Ｇｖを入れ替えたものであるので、可変光学系Ｇｖのみ説明する。

実施例１４の可変光学系Ｇｖは、物体側から像面側へ順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬｖ₁を有する。負メニスカスレンズＬｖ₁は、可変光学素子を構成する。

図示しない第１物体面から第１前群Ｇｆ１に入射した第１光束Ｌ１は、両凹負レンズＬｆ１₁、第１前群第１接合レンズＳＵｆ１₁、正メニスカスレンズＬｆ１₄、第１前群第２接合レンズＳＵｆ１₂、第１開口Ｓ１、正メニスカスレンズＬｂ１₁、第１後群接合レンズＳＵｂ１₁、両凸正レンズＬｂ１₄、を通過して、第１後群Ｇｂ１を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、負メニスカスレンズＬｖ₁を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第１像面Ｉ₁に入射する。

図示しない第２物体面から第２前群Ｇｆ２に入射した第２光束Ｌ２は、両凹負レンズＬｆ２₁、第２前群第１接合レンズＳＵｆ２₁、正メニスカスレンズＬｆ２₄、第２前群第２接合レンズＳＵｆ２₂、第２開口Ｓ２、正メニスカスレンズＬｂ２₁、第２後群接合レンズＳＵｂ２₁、両凸正レンズＬｂ２₄、を通過して、第２後群Ｇｂ２を射出し、その後、可変光学系Ｇｖに入射し、負メニスカスレンズＬｖ₁を通過して、可変光学系Ｇｖから射出し、フィルタＦを通過して第２像面Ｉ₂に入射する。

以下に、実施例の構成パラメータを示す。

各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

偏心面については、その面が定義される座標系の原点Ｏからの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、原点Ｏに定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。曲率半径に記載する“∞”は、無限大であることを示している。面間隔が変化する場合には、＊を付与している。

非球面データには、面データ中、非球面形状としたレンズ面に関するデータが示されている。非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると下記の式にて表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋ｄｙ¹⁰…

ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−５」は「１．０×１０^-5」であることを意味している。

また、実施形態で用いられる自由曲面ＦＦＳの形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面ＦＦＳの軸となる。なお、データの記載されていない係数項は０である。

Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
₆₆
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
^j=1
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
また、球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j （ｊは１以上の整数）は係数である。

実施例１

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 50.000
1 非球面[1] 0.500 1.8830 40.7
2 非球面[2] 0.383
3 -10.595 0.750 1.9229 18.9
4 -2.377 4.782
5 絞り面 0.125
6 -15.941 0.375 1.9229 18.9
7 1.546 0.750 1.8830 40.7
8 -4.136 0.063
9 3.390 0.625 1.9229 18.9
10 336.258 1.875
11 ∞ 0.000 偏心(1)
12 ∞ 0.710 偏心(2) 1.8830 40.7
13 ∞ 0.065
14 ∞ 0.500 1.5163 64.1
15 ∞ 0.050
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 -1.516
k 0.0000e+000
a 1.9351e-001 b -2.7113e-002

非球面[2]
曲率半径 4.199
k 1.1576e+001
a 4.2146e-002 b 1.0304e-001 c -8.9984e-002

偏心[1]
Ｘ 1.500 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 2.467 β 0.000 γ 0.000

仕様
画角 90°
焦点距離 0.915
絞り径 φ1.250mm
像の大きさ φ1.000
有効Fno 2.171

実施例２

実施例１と同じ

実施例３

実施例１と同じ

実施例４

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 50.000
1 非球面[1] 0.500 1.8830 40.7
2 非球面[2] 0.383
3 -10.595 0.750 1.9229 18.9
4 -2.377 4.782
5 絞り面 0.125
6 -15.941 0.375 1.9229 18.9
7 1.546 0.750 1.8830 40.7
8 -4.136 0.063
9 3.390 0.625 1.9229 18.9
10 336.258 0.125
11 ∞ 0.000 偏心(1)
12 スロープ面 0.820 1.8830 40.7
13 FFS[1] 1.727
14 ∞ 0.500 1.5163 64.1
15 ∞ 0.050
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 -1.516
k 0.0000e+000
a 1.9351e-001 b -2.7113e-002

非球面[2]
曲率半径 4.199
k 1.1576e+001
a 4.2146e-002 b 1.0304e-001 c -8.9984e-002

FFS[1]
Ｃ4 1.9534e-003 Ｃ6 -4.9348e-005 Ｃ11 -1.9028e-004
Ｃ13 -5.4524e-005 Ｃ15 3.4418e-004 Ｃ22 9.5229e-006
Ｃ24 5.2482e-005 Ｃ26 -7.9299e-005 Ｃ28 -1.0146e-005
Ｃ67 2.7000e+001

偏心[1]
Ｘ 1.500 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

実施例５

実施例４と同じ

実施例６

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ *1 33.000
1 ∞ 0.400 1.8830 40.7
2 非球面[1] 2.445
3 6.597 0.400 1.8040 46.6
4 1.473 0.800 1.8081 22.8
5 -7.655 0.845
6 絞り面 0.100
7 2.036 0.400 1.9229 18.9
8 0.746 0.800 1.8040 46.6
9 -3.412 0.000
10 ∞ *2 0.155 偏心(1)
11 -26.019 0.600 1.8830 40.7
12 -10.000 *3 0.256
13 -4.690 0.600 1.9229 18.9
14 -5.194 0.100
15 ∞ 1.000 1.5163 64.1
16 ∞ 0.100
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 0.611
k -6.7809e-001
a -1.1758e-001

偏心[1]
Ｘ 1.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

*1 33.000 16.000 10.000
*2 0.155 0.129 0.102
*3 0.256 0.282 0.309

仕様
画角 140°
焦点距離 0.423
絞り径 φ0.900mm
像の大きさ φ1.000
有効Fno 2.566

実施例７

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ *1 33.000
1 ∞ 0.400 1.8830 40.7
2 非球面[1] 1.196
3 5.944 0.600 1.9229 18.9
4 -8.831 1.773
5 -1.584 0.400 1.8830 40.7
6 1.025 0.800 1.6330 31.4
7 -1.316 0.100
8 絞り面 0.233
9 3.699 0.400 1.9229 18.9
10 1.137 0.800 1.8830 40.7
11 -2.440 0.000
12 ∞ 0.150 偏心(1)
13 -10.480 0.400 1.6938 36.2
14 3.843 0.000
15 ∞ *2 0.303
16 3.644 1.200 1.8830 40.7
17 -12.577 *3 0.546
18 ∞ 2.049
19 ∞ 0.500 1.5163 64.1
20 ∞ 0.100
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 0.840
k -1.0098e+000
a 2.3338e-002

偏心[1]
Ｘ 1.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

*1 33.000 10.000 0.000
*2 0.303 0.291 0.100
*3 0.546 0.558 0.749

仕様
画角 140°
焦点距離 0.412
絞り径 φ1.000mm
像の大きさ φ1.000
有効Fno 2.204

実施例８

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ *1 62.500
1 非球面[1] 0.500 1.8830 40.7
2 非球面[2] 0.231
3 3.513 0.750 1.9229 18.9
4 -3.835 4.081
5 絞り面 0.125
6 -32.785 0.375 1.9229 18.9
7 1.650 0.750 1.8830 40.7
8 -4.644 0.063
9 3.688 0.625 1.9229 18.9
10 -28.330 0.188
11 ∞ 0.000 偏心(1)
12 -54.603 0.750 1.9229 18.9
13 -71.025 *2 0.125
14 18.604 0.750 1.6180 63.3
15 6.554 *3 0.755
17 6.696 0.750 1.8830 40.7
18 20.976 0.152
19 ∞ 0.500 1.5163 64.1
20 ∞ 0.050
21 ∞ 0.000
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 -1.864
k 0.0000e+000
a 1.5065e-001 b -4.7179e-002

非球面[2]
曲率半径 1.446
k -1.5475e+001
a 4.2102e-001 b -3.1830e-001 c 7.7613e-002

偏心[1]
Ｘ 1.875 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

*1 62.500 18.750
*2 0.125 0.637
*3 0.755 0.243

仕様
画角 90°
焦点距離 0.867
絞り径 φ1.250mm
像の大きさ φ1.000
有効Fno 2.185

実施例９

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ *1 50.000
1 非球面[1] 0.500 1.8830 40.7
2 非球面[2] 0.345
3 -125.536 0.750 1.9229 18.9
4 -2.482 2.945
5 FFS[1] 0.625 偏心(1) 1.8830 40.7
6 螺旋面 0.063
7 絞り面 0.125 偏心(2)
8 -7.332 0.375 1.9229 18.9
9 1.136 0.750 1.8830 40.7
10 -3.433 0.063
11 2.450 0.625 1.9229 18.9
12 773.483 0.188
13 ∞ 1.467
14 ∞ 0.500 1.5163 64.1
15 ∞ 0.050
像 面 ∞

非球面[1]
曲率半径 -3.129
k 0.0000e+000
a 1.5225e-002 b -8.7392e-004

非球面[2]
曲率半径 2.002
k -1.1136e+001
a 1.2832e-001 b -6.0868e-002 c 1.1736e-002

偏心[1]
Ｘ 1.500 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

偏心[2]
Ｘ -1.500 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

FFS[1]
Ｃ4 7.4954e-003 Ｃ6 9.2849e-004 Ｃ11 -7.3163e-004
Ｃ13 1.4209e-004 Ｃ15 9.7045e-004 Ｃ22 4.9732e-005
Ｃ24 2.8193e-005 Ｃ26 -2.2641e-004 Ｃ28 -9.9491e-005
Ｃ67 2.7000e+001

*1 50 33 15

仕様
画角 90°
焦点距離 0.953
絞り径 φ1.250mm
像の大きさ φ1.000
有効Fno 1.664

実施例１０

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ *1 83.330
1 ∞ 0.500 1.8830 40.7
2 非球面[1] 1.542
3 10.745 0.400 1.8830 40.7
4 1.978 1.500 1.9229 18.9
5 -8.755 0.050
6 5.086 0.600 1.5174 52.4
7 75.034 0.050
8 3.689 1.000 1.4875 70.2
9 -1.998 0.400 1.9229 18.9
10 5.108 0.050
11 絞り面 0.180
12 -7.317 0.600 1.8830 40.7
13 -2.848 0.050
14 8.261 0.400 1.9229 18.9
15 2.533 1.300 1.6398 34.5
16 -3.967 0.050
17 3.484 1.000 1.8830 40.7
18 -17.964 0.100
19 ∞ 0.000 偏心(1)
20 ∞ 0.500 1.8830 40.7
21 -48.782 *2 0.070
22 -40.376 0.400 1.8830 40.7
23 ∞ *3 0.657
24 ∞ 0.500 1.5163 64.1
25 ∞ 0.100
像 面 ∞ 偏心(2)

非球面[1]
曲率半径 1.232
k -9.2269e-001
偏心[1]
Ｘ 2.250 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

偏心[2]
Ｘ -2.258 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000

*1 88.330 41.670 25.000
*2 0.070 0.184 0.340
*3 0.657 0.543 0.387

仕様
画角 140°
焦点距離 0.816
絞り径 φ1.400mm
像の大きさ φ2.000
有効Fno 1.474

実施例１１

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
19 ∞ 0.000 偏心(1)
20 ∞ 0.400 1.8830 40.7
21 36.987 *2 0.336
22 30.471 0.500 1.8830 40.7
23 ∞ *3 0.390

*1 88.330 41.670 25.000
*2 0.335 0.211 0.080
*3 0.390 0.514 0.645

仕様
実施例１０と同じ

実施例１２

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
19 ∞ *2 0.060
20 ∞ 0.400 1.8830 40.7
21 55.300 *3 0.654
22 29.140 0.500 1.8830 40.7
23 ∞ 0.100

*1 88.330 41.670 25.000
*2 0.060 0.243 0.500
*3 0.655 0.472 0.215

仕様
実施例１０と同じ

実施例１３

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
19 ∞ *2 0.533
20 ∞ 0.400 1.8830 40.7
21 36.987 *3 0.200
22 30.471 0.500 1.8830 40.7
23 ∞ 0.100

*1 88.330 41.670 25.000
*2 0.533 0.304 0.050
*3 0.200 0.429 0.683

仕様
実施例１０と同じ

実施例１４

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
19 ∞ *2 0.218
20 -33.491 0.300 1.8978 28.2
21 -35.533 *3 0.832

*1 88.330 41.670 25.000
*2 0.218 0.456 0.950
*3 0.832 0.594 0.100

仕様
実施例１０と同じ

上記実施例について、条件式（１）及び（２）の値を下記に示しておく。

条件式 実施例６ 実施例７ 実施例８ 実施例９
（１）ｄ／ｆ 0.082
ｆ 0.423 0.412 0.867
ｆｂ 22.670 10.942 32.555
（２）ｆｂ／ｆ 53.522 26.558 37.549

条件式 実施例１０ 実施例１１ 実施例１２ 実施例１３
ｆ 0.816 0.815 0.812 0.817
ｆｂ -267.332 187.376 68.254 -111.459
ｄｖ 0.270 0.255 0.440 0.483
（２）ｆｂ／ｆ -352.113 229.909 84.057 -136.425
（３）ｄｖ／f 0.331 0.313 0.542 0.591

条件式 実施例１４
ｆ 1.335
ｆｂ -697.476
ｄｖ 0.732
（２）ｆｂ／ｆ -522.454
（３）ｄｖ／f 0.548

以下に、本実施形態の光学系１の適用例を説明する。

本実施形態の立体撮像光学系と、前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、を備える立体撮像装置として使用することが好ましい。

本実施形態の立体撮像光学系を用いることで、立体撮像装置の小型化を実現することが可能となる。

また、立体撮像装置を備える内視鏡として使用することが好ましい。

本実施形態の立体撮像光学装置は、フォーカス及び輻輳の変更を非常に簡単な動きで動作するので、内視鏡のような小型の装置に用いることで、内視鏡の性能を向上させることが可能となる。

さらに好ましくは、合焦検出部又は測距部等を用いて自動でフォーカス調整を行うことが好ましい。

図８２は、本実施形態の光学系を自動車の撮像光学系として用いた例を示す図である。

図８２（ａ）は、自動車１３０の前方に撮像光学系として本実施形態にかかる光学系１を取り付けて、車内の表示装置に各光学系１を経て撮影された画像を、画像処理を施して歪みを補正して同時に表示するようにした例を示す図であり、図８２（ｂ）は、自動車１３０の各コーナやヘッド部のポールの頂部に立体撮像装置として本実施形態にかかる光学系１を複数取り付けて、車内の表示装置に各光学系１を経て撮影された画像を、画像処理を施して歪みを補正して同時に立体的に表示するようにした例を示す図である。

図８３は、本実施形態の光学系を内視鏡先端の撮像光学系として用いた例を示す図である。

図８３は、内視鏡先端の撮像光学系として本実施形態にかかる光学系１を用いた例を示すための図である。図８３（ａ）は、硬性内視鏡１１０の先端に本実施形態にかかる光学系１を取り付けて３６０°全方位の画像を立体的に撮像観察する例である。図８３（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。また、図８３（ｃ）は、軟性電子内視鏡１１３の先端に本実施形態にかかる光学系１を同様に取り付けて、撮影された画像を、表示装置１１４に画像処理を施して歪みを補正して立体的に表示するようにした例である。

図８３に示すように、内視鏡に光学系１又は立体撮像装置を用いることにより、全方位の画像を立体的に撮像観察することができ、従来と異なる角度から様々な部位を立体的に撮像観察することができる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

Claims (13)

1. 物体側から像面側へ順に、少なくとも、負レンズと、開口と、を有し、第１中心軸に対して回転対称な第１光学系と、
   前記第１中心軸に平行な第２中心軸に対して回転対称であって、前記第１光学系と同一構成で並列に配置される第２光学系と、
   前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路に交差するように配置される可変光学系と、
   を備え、
   前記可変光学系は、少なくとも１つの可変光学素子を有し、
   前記可変光学素子は、
   透過面を有し、
   前記第１光学系及び前記第２光学系に等しい屈折作用を与え、
   単一の回転中心軸を有し、
   前記回転中心軸を中心に回転することにより、前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路と交差する位置を変え、
   前記第１光学系及び前記第２光学系について、前記第１光学系及び前記第２光学系のそれぞれの光路と交差する位置に応じて、少なくともフォーカス及び輻輳のどちらか１つを同時に変化させ、
   前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、物体側から像面側へ順に、負レンズを有する前群と、開口と、後群と、を有し、
   前記可変光学系は、前記前群と後群の間、または前記後群よりも像面側に配置される
   ことを特徴とする立体撮像光学系。
2. 前記可変光学素子は、前記回転中心軸を対称軸とする回転対称な形状である
   請求項１に記載の立体撮像光学系。
3. 前記可変光学素子は、
   第１面部と、
   前記第１面部と同一構成で前記第１面部に対して前記回転中心軸を中心に所定角度回転した位置に配置される第２面部と、
   を少なくとも１組有する
   請求項１又は２に記載の立体撮像光学系。
4. 前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ、少なくとも、
   前記回転中心軸に直交する平面からなる第１平面部と、
   前記回転中心軸に直交する平面からなり、前記第１平面部とは前記回転中心軸方向の厚さが異なる第２平面部と、
   を有する
   請求項３に記載の立体撮像光学系。
5. 前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ所定の傾斜角で傾斜する少なくとも１つの傾斜面からなる
   請求項３又は４に記載の立体撮像光学系。
6. 前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に傾斜する少なくとも１つの螺旋面からなる
   請求項３に記載の立体撮像光学系。
7. 前記第１面部及び前記第２面部は、それぞれ前記回転中心軸を中心とする円の周方向に連続して前記回転中心軸に対する放射方向の角度が変化する少なくとも１つの放射方向傾斜面からなる
   請求項６に記載の立体撮像光学系。
8. 前記可変光学素子は、
   部分的曲率が変化している少なくとも１つの曲面を有する
   請求項１又は２に記載の立体撮像光学系。
9. 前記曲面は、自由曲面である
   請求項８に記載の立体撮像光学系。
10. 前記第１中心軸と前記第２中心軸の間隔は、１０ｍｍ以下である
    請求項１乃至９のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
11. 物体側観察画角が６０°以上である
    請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の立体撮像光学系。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の立体撮像光学系と、
    前記像面に配置され、複数の画素を有する撮像素子と、
    を備える
    ことを特徴とする立体撮像装置。
13. 請求項１２に記載の立体撮像装置を備える
    ことを特徴とする内視鏡。

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